JP3853428B2 - 鋼管の絞り圧延方法および設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管の絞り圧延方法および設備に関し、特に、オープン管の両エッジ部を衝合接合して製管された鋼管の絞り圧延方法および設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼帯を素材として比較的小径の鋼管を製造する方法には、オープン管の全体を熱間加熱してその両エッジを固相圧接する鍛接等の固相接合製管法（固相圧接製管法）と、電気抵抗溶接あるいはレーザ溶接等によりオープン管の両エッジを溶接する溶接製管法とがある。
【０００３】
固相接合製管法は一般に外形115 mm以下の小径鋼管の大量生産に適しているが、鋼帯を外周から高温加熱するためにスケールロスが大きく、製品の表面肌が悪いという欠点がある。一方、溶接製管法ではオープン管は両エッジのみ接合時に融点以上とされる以外は100 ℃以下の冷間状態にあるため、固相圧接製管法におけるような表面肌荒れの問題はないが、冷間製管のゆえに、孔型ロール等の製管工具と鋼帯とのスリップ疵の防止や成形荷重抑制等の措置を必要とするため生産能率が悪く、また、製品鋼管寸法に合わせた孔型ロールを用いなければならないことから小ロット多品種の鋼管製造には適していない。
【０００４】
このような固相接合製管法あるいは溶接製管法による鋼管製造方法の欠点を解消するために、特開昭63-33105号公報、特開平2-187214号公報に開示されるように、溶接製管法による鋼管を冷間で絞り圧延する方法が提案されている。図３は、この従来の冷間での鋼管の絞り圧延方法を示す模式図であり、１は鋼帯、２は絞り圧延前の母管、３は製品管、４はアンコイラ、５は鋼帯１の走間接合装置、６はルーパ、７は素管成形機、８は誘導加熱装置、９はスクイズスタンド、11は絞り圧延機、15はコイラである。
【０００５】
しかし、溶接製管法による鋼管を冷間で絞り圧延すると、圧延荷重が大きいために、ロールとの焼付き防止のための潤滑圧延装置の設置や大きな圧延荷重に耐え得る大型ミルの設置を余儀なくされ、また、鋼帯を素管（すなわちオープン管）に成形するときの成形歪にさらに冷間絞り圧延による加工歪が重畳して素材の加工硬化が著しいために、製管後にさらに熱処理工程を追加しなければならないという問題点がある。
【０００６】
また、特公平2-24606 号公報、特開昭60-15082号公報に開示されるように、溶接製管法による鋼管を熱間で絞り圧延する方法が提案されている。図４は、この従来の熱間での鋼管の絞り圧延方法を示す模式図で、21は鋼帯１の予熱炉、22は鋼帯１の加熱炉、23は再加熱炉、13は切断機、14冷却床であり、図３と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【０００７】
しかし、溶接製管法による鋼管を熱間で絞り圧延する際は、図４に示す設備列中の再加熱炉23で母管２を800 ℃以上に加熱するので、新たなスケールロスを生じ、かつ、絞り圧延時のスケール噛込みを誘発するといった問題点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、固相接合製管法あるいは溶接製管法で製造された鋼母管を、低荷重で、あるいは加工硬化を抑制して、表面性状を悪化させずに絞り圧延可能とし、さらには製品管の寸法精度を高水準に維持できる鋼管の絞り圧延方法および設備を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
参考発明は、孔型ロールを有する複数スタンドの絞り圧延機を用いて鋼管を絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、絞り圧延前の鋼管を100℃超え800℃未満の温度域に加熱し、125℃〜375℃の温度域で絞り圧延することを特徴とする鋼管の絞り圧延方法である。
【００１０】
第１の本発明は、孔型ロールを有する複数スタンドの絞り圧延機を用いて鋼管を絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、オープン管の両エッジ部を衝合接合して製管された絞り圧延前の鋼管を725℃以下に加熱し、375℃以上で絞り圧延することにより、絞り圧延後の鋼管の表面粗さＲ max を 10 μｍ未満とし、かつ伸びを 30 ％以上とすることを特徴とする鋼管の絞り圧延である。
第２の本発明は、第１の本発明において、固相接合製管装置の出側に連続して絞り圧延機を配置した鋼管製造設備列を用いて鋼管に絞り圧延を施すことを要旨とする。
【００１１】
第３の本発明は、第１の本発明において、溶接製管装置の出側に連続して絞り圧延機を配置した鋼管製造設備列を用いて鋼管に絞り圧延を施すことを要旨とする。
第４の本発明は、第１〜第３のいずれかの本発明において、絞り圧延前の鋼管を管周方向温度差200℃以内に均熱することを要旨とする。
【００１２】
第５の本発明は、第４の本発明において、絞り圧延前の鋼管を管周方向温度差100℃以内に均熱することを要旨とする。
第６の本発明は、第１〜５のいずれかの本発明において、絞り圧延機の入側、出側、およびスタンド間で鋼管温度を測定し、該測定値に基づいて絞り圧延前および絞り圧延中の鋼管温度を制御することを要旨とする。
【００１３】
第７の本発明は、固相接合製管装置または溶接製管装置、入側加熱装置、複数スタンドの絞り圧延機がこの順に連続配置され、絞り圧延機の入側、出側で鋼管の温度を測定する温度計と、これら温度計の測定値に基づき入側加熱装置を制御する演算制御装置とを備えた鋼管の絞り圧延設備において、入側加熱装置に代えて、加熱・冷却両用の入側均熱装置とし、さらに、絞り圧延機のスタンド間に温度計および加熱・冷却両用のスタンド間均熱装置を備え、演算制御装置がさらにスタンド間の温度計の測定値に基づき入側均熱装置とスタンド間均熱装置を制御することを特徴とする鋼管の絞り圧延設備である。
【００１４】
第８の本発明は、第７の本発明において、入側およびスタンド間の均熱装置における加熱用手段が加熱炉または誘導コイル、冷却用手段が冷媒噴射ノズルであることを要旨とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
参考発明は、絞り圧延前の鋼管（母管）の温度を100℃超え800℃未満に規制するものである。これにより、製品管の表面肌荒れが抑制できる。
参考発明は、さらに、製品管の表面疵抑制と低荷重圧延とを両立させ得る好適条件として、圧延温度を125℃〜375℃の温度域に規制するものである。
【００１６】
第１の本発明は、孔型ロールを有する複数スタンドの絞り圧延機を用いて、オープン管の両エッジ部を衝合接合して製管されたフェライト組織を有する母管を絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、表面肌荒れと加工硬化とをともに抑制できる好適条件として、母管温度を725℃以下、圧延温度を375℃以上に規制して、絞り圧延後の鋼管の表面粗さＲ max を 10 μｍ未満とし、かつ伸びを 30 ％以上とするものである。
第２、第３の本発明によれば、第１の本発明が、固相接合製管装置、溶接製管装置の出側に連続して絞り圧延機を配置した鋼管製造設備列を用いて好適に実施できる。
【００１７】
第２の本発明に用いる固相接合製管装置は、オープン管全体を熱間加熱してその両エッジを固相圧接するもの（鍛接）、オープン管全体を好ましくは温間加熱しその両エッジを熱間加熱して固相圧接するもの等のいずれであってもよい。
第３の本発明に用いる溶接製管装置は、オープン管の両エッジを溶接できるものであれば、通電もしくは誘導による電気抵抗溶接あるいはレーザ溶接等のいずれであってもよい。
【００１８】
図１は、第２の本発明を実施できる設備列の模式図である。図１において、１は鋼帯、２は母管、３は製品管、４はアンコイラ、５は鋼帯１の走間接合装置（先行材尾端と後行材先端とを接合）、６はルーパ、７は素管成形機、８は誘導加熱装置、９はスクイズスタンド、10は誘導加熱コイル、11は絞り圧延機、12は管矯正装置、15はコイラ、16、17は温度計である。
【００１９】
図１に示すように、アンコイラ４から排出された鋼帯１は素管成形機７で管状に成形され、誘導加熱装置８によって両エッジを融点未満に昇温後、スクイズスタンド９で固相接合（固相圧接）され、絞り圧延前の母管２となる。この母管２は管周全域が誘導加熱コイル10で加熱され、複数スタンドの絞り圧延機11で所定外径まで絞り圧延されて製品管３となり、管矯正装置12で矯正された後、コイラ15に巻き取られ、冷却される。
【００２０】
なお、図１の設備列は、誘導加熱装置８で両エッジを融点以上に昇温後、スクイズスタンド９で溶接するようにすれば、溶接鋼管の絞り圧延にも適用できる。
図２は、第３の本発明を実施できる設備列の模式図である。図２において、13は切断機、14は冷却床であり、図１と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【００２１】
図２に示すように、アンコイラ４から排出された鋼帯１は素管成形機７で管状に成形され、誘導加熱装置８によって両エッジを融点以上に昇温後、スクイズスタンド９で溶接され、絞り圧延前の母管２となる。この母管２は管周全域が誘導加熱コイル10で加熱され、複数スタンドの絞り圧延機11で所定外径まで絞り圧延されて製品管３となり、切断機13で所定長さに切断されて管矯正装置12で矯正された後、冷却床14で冷却される。
【００２２】
なお、図２の設備列は、誘導加熱装置８で両エッジを融点未満に昇温後、スクイズスタンド９で固相接合（固相圧接）するようにすれば、固相接合鋼管の絞り圧延にも適用できる。
本発明者らは、図１の設備列を用いて、固相接合製管法で製造された配管用炭素鋼管（外径60.5mm、肉厚3.8mm ）を、常温〜1000℃の温度域において30％の外径絞り圧延し、製品管の表面肌、圧延前後の鋼管の機械的性質、および圧延荷重を詳細に調査し、また、図２の圧延設備列を用いて、溶接製管法で製造された配管用炭素鋼管（外径114.3 mm、肉厚4.5mm ）についても同様に調査し、かかる調査から得られたところの以下に開示する知見に基づいて上記第１〜第３の本発明をなすに至った。
【００２３】
図５は、母管加熱温度と製品管表面粗さＲmax との関係を示すグラフであり、（ａ）は固相接合鋼管、（ｂ）は溶接鋼管について夫々示す。母管加熱温度が800 ℃以上であると、圧延中のスケール噛込みによる疵により、また100 ℃以下であると、圧延荷重、発熱の増加に起因するロールとのスリップ疵により製品管表面粗さＲmax が増大し、表面肌荒れの程度が大きくなる。よって、母管加熱温度は100 ℃超え800 ℃未満とするのが好ましい。なお、図５から、圧延前に対する圧延後のＲmax の増分を0.5 μm 以内に収め得る、より好ましい母管加熱温度範囲は200 ℃〜725 ℃である。
【００２４】
図６は、圧延荷重と表面疵（焼き付き）に及ぼす圧延温度の影響を示すグラフであり、（ａ）は固相接合鋼管、（ｂ）は溶接鋼管について夫々示す。なお、図６における母管加熱温度は、圧延温度より25℃程度高い。図６より、圧延温度が125 ℃〜375 ℃の範囲で、圧延荷重が常温よりも10％以上低減し、同時に焼き付きの発生もないことから、焼き付きのない低荷重圧延を指向するにはこの温度範囲で絞り圧延することが好ましい。これは素材のフェライト組織中に析出している微小εカーバイドの固溶および転位の消滅により変形抵抗が低下することによる。また、圧延温度が375 ℃超えでは、板状カーバイドが析出し変形抵抗が上昇するため圧延荷重が増大する。なお、焼き付きは圧延荷重の増大に伴って増大する。
【００２５】
図７は、製品管の降伏点（Ｙ．Ｓ．）および伸び（Ｅｌ．）の圧延温度依存性を示すグラフであり、（ａ）は固相接合鋼管、（ｂ）は溶接鋼管について夫々示す。図７によれば、圧延温度300 ℃以下では、圧延歪による加工硬化のために圧延前に比べ降伏点は上昇し伸びは低下するが、300 ℃から350 ℃にかけて圧延歪の回復速度が大きくなって降伏点は急降下し伸びは急上昇し、375 ℃以上では降伏点、伸びともに圧延前の値の±10％以内の値に安定することから、加工硬化を伴わない絞り圧延を行うには圧延温度375 ℃以上とするのが好ましい。
【００２６】
なお、一般に圧延材の温度は加工発熱と圧延ロール抜熱により上下する。本発明が対象とする鋼管の絞り圧延では圧延温度が200 ℃以上の場合、圧延ロール抜熱の方が勝るため母管は圧延中に降温する。したがって、予め全スタンドでの降温量を評価しておき、絞り圧延仕上温度の目標値にこの降温量を加算した温度を母管加熱温度として設定するのがよい。
【００２７】
第４の本発明は、母管を絞り圧延前に管周方向温度差200℃以内に均熱するものであり、第５の本発明は、この管周方向温度差をさらに厳しく100℃以内に規制するものである。この第４、第５の本発明によれば、以下に述べるように製品管の寸法精度が高水準に維持できる。
図８は、図５〜図７のデータを得た鋼管について調査した母管の管周方向温度差と製品管の偏肉率（最大肉厚と最小肉厚との差を平均肉厚で除した値（％））との関係を示すグラフである。母管の管周方向温度差が200℃超えでは、絞り圧延中に管周方向の変形が不均一となって製品管に偏肉が生じやすいが、100℃超え200℃以下では管周方向温度差の低減とともに偏肉程度が小さくなり、100℃以下では温度差に起因する偏肉がほぼ完全に抑制される。ただし、温度差が全くない場合でも、複数の孔型ロールを用いた絞り圧延に特有の「角張り」（ｎ個の孔型ロールで絞り圧延した場合、２×ｎ角形に仕上がる現象）に起因する偏肉は残る。なお、母管シーム部は接合時に他の部位よりも高温に加熱されるので、例えば図１の誘導加熱コイル10による加熱だけでは管周方向温度差が低減しないようなときには、絞り圧延前の母管に対し、加熱・冷却（冷却はシーム部のみを対象に行ってもよい）を組み合わせた均熱を施して管周方向温度の均一化を図ることが好ましい。
【００２８】
第６の本発明は、絞り圧延機の入側、出側、およびスタンド間で鋼管温度を測定し、該測定値に基づいて絞り圧延前および絞り圧延中の鋼管温度を制御するものである。
図９は、通常の絞り圧延温度制御に用いられる制御系の模式図であり、31は演算装置、32は入熱制御装置である。なお、図２と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。この制御系は、演算制御装置31が、入側、出側の温度計16、17の測温値（出側実測温度、入側実測温度）を取り込み、絞り圧延機11内での予測降温量を出側実測温度に加算して入側目標温度を算出し、入側実測温度を入側目標温度に一致させるように誘導加熱コイル10の入熱制御装置32に指令を送るよう構成されている。しかしこの通常の制御系では、孔型ロールや雰囲気温度の変化、孔型ロール冷却水の変動等といった外乱の影響により、絞り圧延機11内での鋼管の温度予測に誤差が生じた場合、入側・出側温度が製品管目標品質に応じた適正制御範囲を逸脱する可能性がある。
【００２９】
これに対し、第６の本発明によれば、入側・出側のみならず絞り圧延機11のスタンド間でも鋼管温度を測定し、その測温値も演算装置31に制御変数として取り込むとともに、入側のみならず絞り圧延中の鋼管に対しても温度制御を行うので、絞り圧延機11内で外乱があっても即座に温度修正ができ、入側・出側温度が適正制御範囲を外れることがない。
【００３０】
第７の本発明は、第６の本発明を円滑に実施できる設備であり、固相接合製管装置または溶接製管装置、入側加熱装置、複数スタンドの絞り圧延機がこの順に連続配置され、絞り圧延機の入側、出側で鋼管の温度を測定する温度計と、これら温度計の測定値に基づき入側加熱装置を制御する演算制御装置と備えた鋼管の絞り圧延設備において、入側加熱装置に代えて、加熱・冷却両用の入側均熱装置とし、さらに、絞り圧延機のスタンド間に温度計および加熱・冷却両用のスタンド間均熱装置を備え、演算制御装置がさらにスタンド間の温度計の測定値に基づき入側均熱装置とスタンド間均熱装置を制御するよう構成したものである。
【００３１】
また、第７の本発明によれば、入側加熱装置に代えて入側均熱装置としたので、絞り圧延前の母管の均熱を行う第４、第５の本発明も支障なく実施でき、また、スタンド間均熱装置を新たに設けたことにより、固相接合製管装置または溶接製管装置に連続する絞り圧延機を用いて行う絞り圧延の際の圧延温度を規制する第２または第３の本発明も格段に効率よく実施できる。
【００３２】
なお、スタンド間均熱装置の加熱用手段と冷却用手段とは同じ絞り圧延機内であれば別のスタンド間に配置してもよい。
第８の本発明は、前記入側およびスタンド間の均熱装置における加熱用手段として加熱炉または誘導コイル、冷却用手段として冷媒噴射ノズルが好ましいことを開示するものである。加熱炉としては、加熱効率に優れた例えば赤外線反射式の炉が好適である。冷媒には水、低温エア等が使用できる。絞り圧延機の設置スペースが制約される場合には、スタンド間均熱装置の加熱用手段には誘導コイルを採用するのがより好ましい。なお、加熱効率・経済性が匹敵するものであれば誘導コイルに代えてプラズマ、電子、レーザ等の各種エネルギービームを採用してもよい。
【００３３】
図10は、第７の本発明の鋼管の絞り圧延設備の例を示す模式図である。図10において、10Ａは冷媒噴射ノズル、18はスタンド間の温度計、33は流量制御装置、34は流調弁、35は冷媒源、41は入側均熱装置、42はスタンド間均熱装置、43は演算装置31と入熱制御装置32と流量制御装置33とからなる演算制御装置である。なお、図10において、図９と同一部材には同一符号を付し説明を省略し、誘導加熱装置８の上流側（図10の左側）には図９と同じ設備列が配列されている。
【００３４】
この例では、冷媒に水を用い、入側、スタンド間の均熱装置41、42を、流量制御装置33で調節される流調弁34を介して冷媒源35からの冷媒を噴射する冷媒噴射ノズル10Ａと、入熱制御装置32によってパワー制御される誘導加熱コイル10とで構成し、かつ、入側、出側の温度計16、17に加え絞り圧延機11内のスタンド間均熱装置42の前後に温度計18を配置してこれら温度計16、17、18の測温値を演算装置31に入力し、演算装置31は、入側、スタンド間、出側の測温値を目標範囲に収めるように、入熱制御装置32、流量制御装置33に指令を送って入熱量、冷媒流量を夫々制御させるシステムとしている。
【００３５】
なお、入側均熱装置41の冷媒噴射ノズル10Ａは、母管２の管周方向温度差を軽減する観点から、特にシーム部の温度が高い溶接鋼管の場合、シーム部にのみ噴射する形態のものを採用するのが好ましい。
【００３６】
【実施例】
＜実施例１＞（参考発明の実施例）
図１に示した設備列（各スタンドが３個の孔型ロールを有する８スタンドの絞り圧延機11を具備）を用いて、JIS G 3452相当の配管用炭素鋼管を製造するに当たり、鋼帯１を固相接合製管法により外径27.2mm、肉厚2.3 mmの母管２とし、常温圧延（従来例）以外は誘導加熱コイル10により母管２を加熱し、直ちに、表１に示す種々の圧延温度域で、出側速度150 m/min としてタンデム圧延し、外径17.3mm、長さ1000ｍのコイル状の製品管３を得た。
【００３７】
【表１】
【００３８】
各スタンドの圧延荷重の合計値（常温圧延荷重に対する比）を図11に、製品管表面の焼き付き発生数を図12に、夫々グラフで示す。圧延温度域を125℃〜375℃とした参考例(A),(B) では、圧延荷重の合計値が常温圧延（従来例）より13％〜16％低減し、125℃未満または325℃超えとした比較例(1) 〜(5) のどれよりも低く、また、従来例と比較例とで発生した焼き付きも全く発生しなかった。
＜実施例２＞（参考発明の実施例）
図２に示した設備列（各スタンドが４個の孔型ロールを有する６スタンドの絞り圧延機11を具備）を用いて、JIS G 3452相当の配管用炭素鋼管を製造するに当たり、鋼帯１を溶接製管法により外径101.6 mm、肉厚4.2 mmの母管２とし、常温圧延（従来例）以外は誘導加熱コイル10により母管２を加熱し、直ちに、表２に示す種々の圧延温度域で、出側速度100 m/min としてタンデム圧延し、外径76.3mm、長さ5.5 ｍの定尺の製品管３を50本得た。
【００３９】
【表２】
【００４０】
各スタンドの圧延荷重の合計値（常温圧延荷重に対する比）を図13に、製品管表面の焼き付き発生数を図14に、夫々グラフで示す。圧延温度域を125℃〜375℃とした参考例(C),(D) では、圧延荷重の合計値が常温圧延（従来例）より11％〜14％低減し、125℃未満または325℃超えとした比較例(6) 〜(10)のどれよりも低く、また、従来例と比較例とで発生した焼き付きも全く発生しなかった。
【００４１】
実施例１、実施例２からわかるように、参考発明によれば、固相接合製管法、溶接製管法の如何を問わず、絞り圧延機11の使用スタンド数を増減させるだけで、低荷重の絞り圧延でかつ焼き付き起因の表面肌悪化を伴わずに、一種類の母管２から数種の外径の製品管３を得ることができ、小ロット多品種の鋼管を容易に製造できるようになる。
＜実施例３＞（第１の本発明に係る第２の本発明の実施例）
図１に示した設備列（各スタンドが３個の孔型ロールを有する８スタンドの絞り圧延機11を具備）を用いて、JIS G 3452相当の配管用炭素鋼管を製造するに当たり、鋼帯１を固相接合製管法により外径27.2mm、肉厚2.3 mmの母管２とし、母管２を以下の▲１▼、▲２▼の二通りの条件でタンデム圧延し、外径17.3mm、長さ1000ｍのコイル状の製品管３を得た。
▲１▼〔加熱温度変更〕誘導加熱コイル10により、加熱温度を300℃〜900℃の範囲で変化させて加熱後、直ちに、出側速度一定（150 m/min ）で圧延。
▲２▼〔出側温度変更〕誘導加熱コイル10により、加熱温度を一定（700℃）として加熱後、直ちに、絞り圧延機11出側温度が150℃〜500℃の範囲で変化するように圧延速度を変更して圧延。
【００４２】
図15は、条件▲１▼で得られた鋼管についての加熱温度と表面粗さＲmax との関係を示すグラフ、図16は、条件▲２▼で得られた鋼管についての最終スタンド圧延温度と伸び（Ｅｌ．）との関係を示すグラフである。絞り圧延後の製品管３の表面粗さＲmax は、母管２の加熱温度が第１の本発明の規定を満たす725℃以下では、10μｍ未満と良好であるが、725℃超えでは数10μｍに悪化する。また、絞り圧延後の製品管３の伸びは、圧延温度が第１の本発明の規定を満たす375℃以上では、33％以上と良好であるが、375℃に満たないと30％に達せず不良である。
＜実施例４＞（第１の本発明に係る第３の本発明の実施例）
図２に示した設備列（各スタンドが４個の孔型ロールを有する６スタンドの絞り圧延機11を具備）を用いて、JIS G 3452相当の配管用炭素鋼管を製造するに当たり、鋼帯１を溶接製管法により外径101.6 mm、肉厚4.2 mmの母管２とし、母管２を以下の▲３▼、▲４▼の二通りの条件でタンデム圧延し、外径76.3mm、長さ5.5 ｍの定尺の製品管３を各条件内同一水準につき50本得た。
▲３▼〔加熱温度変更〕誘導加熱コイル10により、加熱温度を400℃〜1000℃の範囲で変化させて加熱後、直ちに、出側速度一定（100 m/min ）で圧延。
▲４▼〔出側温度変更〕誘導加熱コイル10により、加熱温度を一定（650℃）として加熱後、直ちに、絞り圧延機11出側温度が200℃〜500℃の範囲で変化するように圧延速度を変更して圧延。
【００４３】
図17は、条件▲３▼で得られた鋼管についての加熱温度と表面粗さＲmax との関係を示すグラフ、図18は、条件▲４▼で得られた鋼管についての最終スタンド圧延温度と伸び（Ｅｌ．）との関係を示すグラフである。絞り圧延後の製品管３の表面粗さＲmax は、母管２の加熱温度が第１の本発明の規定を満たす725℃以下では、10μｍ未満と良好であるが、725℃超えでは数10μｍに悪化する。また、絞り圧延後の製品管３の伸びは、圧延温度が第１の本発明の規定を満たす375℃以上では、36％以上と良好であるが、375℃に満たないと30％に達せず不良である。
【００４４】
実施例３、実施例４からわかるように、第１の本発明によれば、固相接合製管法、溶接製管法の如何を問わず、絞り圧延機11の使用スタンド数を増減させるだけで、加工硬化を抑制できかつスケール噛込み起因の表面肌悪化を伴わずに、一種類の母管２から数種の外径の製品管３を得ることができ、小ロット多品種の鋼管を容易に製造できるようになる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、固相接合製管法あるいは溶接製管法で製造された鋼母管を、低荷重で、あるいは加工硬化を抑制して、表面性状を悪化させずに数水準の外径の製品管に絞り圧延できるから、小ロット多品種の鋼管の製造が容易となり、さらには寸法精度が高水準の製品管が得られるという格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第２の本発明を実施できる設備列の模式図である。
【図２】 第３の本発明を実施できる設備列の模式図である。
【図３】 従来の冷間での鋼管の絞り圧延方法を示す模式図である。
【図４】 従来の熱間での鋼管の絞り圧延方法を示す模式図である。
【図５】 母管加熱温度と製品管表面粗さＲmax との関係を示すグラフである。
【図６】 圧延荷重と表面疵（焼き付き）に及ぼす圧延温度の影響を示すグラフである。
【図７】 製品管の降伏点および伸びの圧延温度依存性を示すグラフである。
【図８】 母管の管周方向温度差と製品管の偏肉率との関係を示すグラフである。
【図９】 通常の絞り圧延温度制御に用いられる制御系の模式図である。
【図10】 第７の本発明の鋼管の絞り圧延設備の例を示す模式図である。
【図11】 実施例１での各スタンドの圧延荷重の合計値を示すグラフである。
【図12】 実施例１での製品管表面の焼き付き発生数を示すグラフである。
【図13】 実施例２での各スタンドの圧延荷重の合計値を示すグラフである。
【図14】 実施例２での製品管表面の焼き付き発生数を示すグラフである。
【図15】 実施例３での加熱温度と表面粗さＲmax との関係を示すグラフである。
【図16】 実施例３での最終スタンド圧延温度と伸びとの関係を示すグラフである。
【図17】 実施例４での加熱温度と表面粗さＲmax との関係を示すグラフである。
【図18】 実施例４での最終スタンド圧延温度と伸びとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 鋼帯
２ 母管
３ 製品管
４ アンコイラ
５ 走間接合装置
６ ルーパ
７ 素管成形機
８ 誘導加熱装置
９ スクイズスタンド
10 誘導加熱コイル
10Ａ 冷媒噴射ノズル
11 絞り圧延機
12 管矯正装置
13 切断機
14 冷却床
15 コイラ
16 温度計（絞り圧延機入側）
17 温度計（絞り圧延機出側）
18 温度計（絞り圧延機スタンド間）
21 鋼帯１の予熱炉
22 鋼帯１の加熱炉
23 再加熱炉
31 演算装置
32 入熱制御装置
33 流量制御装置
34 流調弁
35 冷媒源
41 入側均熱装置
42 スタンド間均熱装置
43 演算制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管の絞り圧延方法および設備に関し、特に、オープン管の両エッジ部を衝合接合して製管された鋼管の絞り圧延方法および設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼帯を素材として比較的小径の鋼管を製造する方法には、オープン管の全体を熱間加熱してその両エッジを固相圧接する鍛接等の固相接合製管法（固相圧接製管法）と、電気抵抗溶接あるいはレーザ溶接等によりオープン管の両エッジを溶接する溶接製管法とがある。
【０００３】
固相接合製管法は一般に外形115 mm以下の小径鋼管の大量生産に適しているが、鋼帯を外周から高温加熱するためにスケールロスが大きく、製品の表面肌が悪いという欠点がある。一方、溶接製管法ではオープン管は両エッジのみ接合時に融点以上とされる以外は100 ℃以下の冷間状態にあるため、固相圧接製管法におけるような表面肌荒れの問題はないが、冷間製管のゆえに、孔型ロール等の製管工具と鋼帯とのスリップ疵の防止や成形荷重抑制等の措置を必要とするため生産能率が悪く、また、製品鋼管寸法に合わせた孔型ロールを用いなければならないことから小ロット多品種の鋼管製造には適していない。
【０００４】
このような固相接合製管法あるいは溶接製管法による鋼管製造方法の欠点を解消するために、特開昭63-33105号公報、特開平2-187214号公報に開示されるように、溶接製管法による鋼管を冷間で絞り圧延する方法が提案されている。図３は、この従来の冷間での鋼管の絞り圧延方法を示す模式図であり、１は鋼帯、２は絞り圧延前の母管、３は製品管、４はアンコイラ、５は鋼帯１の走間接合装置、６はルーパ、７は素管成形機、８は誘導加熱装置、９はスクイズスタンド、11は絞り圧延機、15はコイラである。
【０００５】
しかし、溶接製管法による鋼管を冷間で絞り圧延すると、圧延荷重が大きいために、ロールとの焼付き防止のための潤滑圧延装置の設置や大きな圧延荷重に耐え得る大型ミルの設置を余儀なくされ、また、鋼帯を素管（すなわちオープン管）に成形するときの成形歪にさらに冷間絞り圧延による加工歪が重畳して素材の加工硬化が著しいために、製管後にさらに熱処理工程を追加しなければならないという問題点がある。
【０００６】
また、特公平2-24606 号公報、特開昭60-15082号公報に開示されるように、溶接製管法による鋼管を熱間で絞り圧延する方法が提案されている。図４は、この従来の熱間での鋼管の絞り圧延方法を示す模式図で、21は鋼帯１の予熱炉、22は鋼帯１の加熱炉、23は再加熱炉、13は切断機、14冷却床であり、図３と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【０００７】
しかし、溶接製管法による鋼管を熱間で絞り圧延する際は、図４に示す設備列中の再加熱炉23で母管２を800 ℃以上に加熱するので、新たなスケールロスを生じ、かつ、絞り圧延時のスケール噛込みを誘発するといった問題点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、固相接合製管法あるいは溶接製管法で製造された鋼母管を、低荷重で、あるいは加工硬化を抑制して、表面性状を悪化させずに絞り圧延可能とし、さらには製品管の寸法精度を高水準に維持できる鋼管の絞り圧延方法および設備を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
参考発明は、孔型ロールを有する複数スタンドの絞り圧延機を用いて鋼管を絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、絞り圧延前の鋼管を100℃超え800℃未満の温度域に加熱し、125℃〜375℃の温度域で絞り圧延することを特徴とする鋼管の絞り圧延方法である。
【００１０】
第１の本発明は、孔型ロールを有する複数スタンドの絞り圧延機を用いて鋼管を絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、オープン管の両エッジ部を衝合接合して製管された絞り圧延前の鋼管を725℃以下に加熱し、375℃以上で絞り圧延することにより、絞り圧延後の鋼管の表面粗さＲ max を 10 μｍ未満とし、かつ伸びを 30 ％以上とすることを特徴とする鋼管の絞り圧延である。
第２の本発明は、第１の本発明において、固相接合製管装置の出側に連続して絞り圧延機を配置した鋼管製造設備列を用いて鋼管に絞り圧延を施すことを要旨とする。
【００１１】
第３の本発明は、第１の本発明において、溶接製管装置の出側に連続して絞り圧延機を配置した鋼管製造設備列を用いて鋼管に絞り圧延を施すことを要旨とする。
第４の本発明は、第１〜第３のいずれかの本発明において、絞り圧延前の鋼管を管周方向温度差200℃以内に均熱することを要旨とする。
【００１２】
第５の本発明は、第４の本発明において、絞り圧延前の鋼管を管周方向温度差100℃以内に均熱することを要旨とする。
第６の本発明は、第１〜５のいずれかの本発明において、絞り圧延機の入側、出側、およびスタンド間で鋼管温度を測定し、該測定値に基づいて絞り圧延前および絞り圧延中の鋼管温度を制御することを要旨とする。
【００１３】
第７の本発明は、固相接合製管装置または溶接製管装置、入側加熱装置、複数スタンドの絞り圧延機がこの順に連続配置され、絞り圧延機の入側、出側で鋼管の温度を測定する温度計と、これら温度計の測定値に基づき入側加熱装置を制御する演算制御装置とを備えた鋼管の絞り圧延設備において、入側加熱装置に代えて、加熱・冷却両用の入側均熱装置とし、さらに、絞り圧延機のスタンド間に温度計および加熱・冷却両用のスタンド間均熱装置を備え、演算制御装置がさらにスタンド間の温度計の測定値に基づき入側均熱装置とスタンド間均熱装置を制御することを特徴とする鋼管の絞り圧延設備である。
【００１４】
第８の本発明は、第７の本発明において、入側およびスタンド間の均熱装置における加熱用手段が加熱炉または誘導コイル、冷却用手段が冷媒噴射ノズルであることを要旨とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
参考発明は、絞り圧延前の鋼管（母管）の温度を100℃超え800℃未満に規制するものである。これにより、製品管の表面肌荒れが抑制できる。
参考発明は、さらに、製品管の表面疵抑制と低荷重圧延とを両立させ得る好適条件として、圧延温度を125℃〜375℃の温度域に規制するものである。
【００１６】
第１の本発明は、孔型ロールを有する複数スタンドの絞り圧延機を用いて、オープン管の両エッジ部を衝合接合して製管されたフェライト組織を有する母管を絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、表面肌荒れと加工硬化とをともに抑制できる好適条件として、母管温度を725℃以下、圧延温度を375℃以上に規制して、絞り圧延後の鋼管の表面粗さＲ max を 10 μｍ未満とし、かつ伸びを 30 ％以上とするものである。
第２、第３の本発明によれば、第１の本発明が、固相接合製管装置、溶接製管装置の出側に連続して絞り圧延機を配置した鋼管製造設備列を用いて好適に実施できる。
【００１７】
第２の本発明に用いる固相接合製管装置は、オープン管全体を熱間加熱してその両エッジを固相圧接するもの（鍛接）、オープン管全体を好ましくは温間加熱しその両エッジを熱間加熱して固相圧接するもの等のいずれであってもよい。
第３の本発明に用いる溶接製管装置は、オープン管の両エッジを溶接できるものであれば、通電もしくは誘導による電気抵抗溶接あるいはレーザ溶接等のいずれであってもよい。
【００１８】
図１は、第２の本発明を実施できる設備列の模式図である。図１において、１は鋼帯、２は母管、３は製品管、４はアンコイラ、５は鋼帯１の走間接合装置（先行材尾端と後行材先端とを接合）、６はルーパ、７は素管成形機、８は誘導加熱装置、９はスクイズスタンド、10は誘導加熱コイル、11は絞り圧延機、12は管矯正装置、15はコイラ、16、17は温度計である。
【００１９】
図１に示すように、アンコイラ４から排出された鋼帯１は素管成形機７で管状に成形され、誘導加熱装置８によって両エッジを融点未満に昇温後、スクイズスタンド９で固相接合（固相圧接）され、絞り圧延前の母管２となる。この母管２は管周全域が誘導加熱コイル10で加熱され、複数スタンドの絞り圧延機11で所定外径まで絞り圧延されて製品管３となり、管矯正装置12で矯正された後、コイラ15に巻き取られ、冷却される。
【００２０】
なお、図１の設備列は、誘導加熱装置８で両エッジを融点以上に昇温後、スクイズスタンド９で溶接するようにすれば、溶接鋼管の絞り圧延にも適用できる。
図２は、第３の本発明を実施できる設備列の模式図である。図２において、13は切断機、14は冷却床であり、図１と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【００２１】
図２に示すように、アンコイラ４から排出された鋼帯１は素管成形機７で管状に成形され、誘導加熱装置８によって両エッジを融点以上に昇温後、スクイズスタンド９で溶接され、絞り圧延前の母管２となる。この母管２は管周全域が誘導加熱コイル10で加熱され、複数スタンドの絞り圧延機11で所定外径まで絞り圧延されて製品管３となり、切断機13で所定長さに切断されて管矯正装置12で矯正された後、冷却床14で冷却される。
【００２２】
なお、図２の設備列は、誘導加熱装置８で両エッジを融点未満に昇温後、スクイズスタンド９で固相接合（固相圧接）するようにすれば、固相接合鋼管の絞り圧延にも適用できる。
本発明者らは、図１の設備列を用いて、固相接合製管法で製造された配管用炭素鋼管（外径60.5mm、肉厚3.8mm ）を、常温〜1000℃の温度域において30％の外径絞り圧延し、製品管の表面肌、圧延前後の鋼管の機械的性質、および圧延荷重を詳細に調査し、また、図２の圧延設備列を用いて、溶接製管法で製造された配管用炭素鋼管（外径114.3 mm、肉厚4.5mm ）についても同様に調査し、かかる調査から得られたところの以下に開示する知見に基づいて上記第１〜第３の本発明をなすに至った。
【００２３】
図５は、母管加熱温度と製品管表面粗さＲmax との関係を示すグラフであり、（ａ）は固相接合鋼管、（ｂ）は溶接鋼管について夫々示す。母管加熱温度が800 ℃以上であると、圧延中のスケール噛込みによる疵により、また100 ℃以下であると、圧延荷重、発熱の増加に起因するロールとのスリップ疵により製品管表面粗さＲmax が増大し、表面肌荒れの程度が大きくなる。よって、母管加熱温度は100 ℃超え800 ℃未満とするのが好ましい。なお、図５から、圧延前に対する圧延後のＲmax の増分を0.5 μm 以内に収め得る、より好ましい母管加熱温度範囲は200 ℃〜725 ℃である。
【００２４】
図６は、圧延荷重と表面疵（焼き付き）に及ぼす圧延温度の影響を示すグラフであり、（ａ）は固相接合鋼管、（ｂ）は溶接鋼管について夫々示す。なお、図６における母管加熱温度は、圧延温度より25℃程度高い。図６より、圧延温度が125 ℃〜375 ℃の範囲で、圧延荷重が常温よりも10％以上低減し、同時に焼き付きの発生もないことから、焼き付きのない低荷重圧延を指向するにはこの温度範囲で絞り圧延することが好ましい。これは素材のフェライト組織中に析出している微小εカーバイドの固溶および転位の消滅により変形抵抗が低下することによる。また、圧延温度が375 ℃超えでは、板状カーバイドが析出し変形抵抗が上昇するため圧延荷重が増大する。なお、焼き付きは圧延荷重の増大に伴って増大する。
【００２５】
図７は、製品管の降伏点（Ｙ．Ｓ．）および伸び（Ｅｌ．）の圧延温度依存性を示すグラフであり、（ａ）は固相接合鋼管、（ｂ）は溶接鋼管について夫々示す。図７によれば、圧延温度300 ℃以下では、圧延歪による加工硬化のために圧延前に比べ降伏点は上昇し伸びは低下するが、300 ℃から350 ℃にかけて圧延歪の回復速度が大きくなって降伏点は急降下し伸びは急上昇し、375 ℃以上では降伏点、伸びともに圧延前の値の±10％以内の値に安定することから、加工硬化を伴わない絞り圧延を行うには圧延温度375 ℃以上とするのが好ましい。
【００２６】
なお、一般に圧延材の温度は加工発熱と圧延ロール抜熱により上下する。本発明が対象とする鋼管の絞り圧延では圧延温度が200 ℃以上の場合、圧延ロール抜熱の方が勝るため母管は圧延中に降温する。したがって、予め全スタンドでの降温量を評価しておき、絞り圧延仕上温度の目標値にこの降温量を加算した温度を母管加熱温度として設定するのがよい。
【００２７】
第４の本発明は、母管を絞り圧延前に管周方向温度差200℃以内に均熱するものであり、第５の本発明は、この管周方向温度差をさらに厳しく100℃以内に規制するものである。この第４、第５の本発明によれば、以下に述べるように製品管の寸法精度が高水準に維持できる。
図８は、図５〜図７のデータを得た鋼管について調査した母管の管周方向温度差と製品管の偏肉率（最大肉厚と最小肉厚との差を平均肉厚で除した値（％））との関係を示すグラフである。母管の管周方向温度差が200℃超えでは、絞り圧延中に管周方向の変形が不均一となって製品管に偏肉が生じやすいが、100℃超え200℃以下では管周方向温度差の低減とともに偏肉程度が小さくなり、100℃以下では温度差に起因する偏肉がほぼ完全に抑制される。ただし、温度差が全くない場合でも、複数の孔型ロールを用いた絞り圧延に特有の「角張り」（ｎ個の孔型ロールで絞り圧延した場合、２×ｎ角形に仕上がる現象）に起因する偏肉は残る。なお、母管シーム部は接合時に他の部位よりも高温に加熱されるので、例えば図１の誘導加熱コイル10による加熱だけでは管周方向温度差が低減しないようなときには、絞り圧延前の母管に対し、加熱・冷却（冷却はシーム部のみを対象に行ってもよい）を組み合わせた均熱を施して管周方向温度の均一化を図ることが好ましい。
【００２８】
第６の本発明は、絞り圧延機の入側、出側、およびスタンド間で鋼管温度を測定し、該測定値に基づいて絞り圧延前および絞り圧延中の鋼管温度を制御するものである。
図９は、通常の絞り圧延温度制御に用いられる制御系の模式図であり、31は演算装置、32は入熱制御装置である。なお、図２と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。この制御系は、演算制御装置31が、入側、出側の温度計16、17の測温値（出側実測温度、入側実測温度）を取り込み、絞り圧延機11内での予測降温量を出側実測温度に加算して入側目標温度を算出し、入側実測温度を入側目標温度に一致させるように誘導加熱コイル10の入熱制御装置32に指令を送るよう構成されている。しかしこの通常の制御系では、孔型ロールや雰囲気温度の変化、孔型ロール冷却水の変動等といった外乱の影響により、絞り圧延機11内での鋼管の温度予測に誤差が生じた場合、入側・出側温度が製品管目標品質に応じた適正制御範囲を逸脱する可能性がある。
【００２９】
これに対し、第６の本発明によれば、入側・出側のみならず絞り圧延機11のスタンド間でも鋼管温度を測定し、その測温値も演算装置31に制御変数として取り込むとともに、入側のみならず絞り圧延中の鋼管に対しても温度制御を行うので、絞り圧延機11内で外乱があっても即座に温度修正ができ、入側・出側温度が適正制御範囲を外れることがない。
【００３０】
第７の本発明は、第６の本発明を円滑に実施できる設備であり、固相接合製管装置または溶接製管装置、入側加熱装置、複数スタンドの絞り圧延機がこの順に連続配置され、絞り圧延機の入側、出側で鋼管の温度を測定する温度計と、これら温度計の測定値に基づき入側加熱装置を制御する演算制御装置と備えた鋼管の絞り圧延設備において、入側加熱装置に代えて、加熱・冷却両用の入側均熱装置とし、さらに、絞り圧延機のスタンド間に温度計および加熱・冷却両用のスタンド間均熱装置を備え、演算制御装置がさらにスタンド間の温度計の測定値に基づき入側均熱装置とスタンド間均熱装置を制御するよう構成したものである。
【００３１】
また、第７の本発明によれば、入側加熱装置に代えて入側均熱装置としたので、絞り圧延前の母管の均熱を行う第４、第５の本発明も支障なく実施でき、また、スタンド間均熱装置を新たに設けたことにより、固相接合製管装置または溶接製管装置に連続する絞り圧延機を用いて行う絞り圧延の際の圧延温度を規制する第２または第３の本発明も格段に効率よく実施できる。
【００３２】
なお、スタンド間均熱装置の加熱用手段と冷却用手段とは同じ絞り圧延機内であれば別のスタンド間に配置してもよい。
第８の本発明は、前記入側およびスタンド間の均熱装置における加熱用手段として加熱炉または誘導コイル、冷却用手段として冷媒噴射ノズルが好ましいことを開示するものである。加熱炉としては、加熱効率に優れた例えば赤外線反射式の炉が好適である。冷媒には水、低温エア等が使用できる。絞り圧延機の設置スペースが制約される場合には、スタンド間均熱装置の加熱用手段には誘導コイルを採用するのがより好ましい。なお、加熱効率・経済性が匹敵するものであれば誘導コイルに代えてプラズマ、電子、レーザ等の各種エネルギービームを採用してもよい。
【００３３】
図10は、第７の本発明の鋼管の絞り圧延設備の例を示す模式図である。図10において、10Ａは冷媒噴射ノズル、18はスタンド間の温度計、33は流量制御装置、34は流調弁、35は冷媒源、41は入側均熱装置、42はスタンド間均熱装置、43は演算装置31と入熱制御装置32と流量制御装置33とからなる演算制御装置である。なお、図10において、図９と同一部材には同一符号を付し説明を省略し、誘導加熱装置８の上流側（図10の左側）には図９と同じ設備列が配列されている。
【００３４】
この例では、冷媒に水を用い、入側、スタンド間の均熱装置41、42を、流量制御装置33で調節される流調弁34を介して冷媒源35からの冷媒を噴射する冷媒噴射ノズル10Ａと、入熱制御装置32によってパワー制御される誘導加熱コイル10とで構成し、かつ、入側、出側の温度計16、17に加え絞り圧延機11内のスタンド間均熱装置42の前後に温度計18を配置してこれら温度計16、17、18の測温値を演算装置31に入力し、演算装置31は、入側、スタンド間、出側の測温値を目標範囲に収めるように、入熱制御装置32、流量制御装置33に指令を送って入熱量、冷媒流量を夫々制御させるシステムとしている。
【００３５】
なお、入側均熱装置41の冷媒噴射ノズル10Ａは、母管２の管周方向温度差を軽減する観点から、特にシーム部の温度が高い溶接鋼管の場合、シーム部にのみ噴射する形態のものを採用するのが好ましい。
【００３６】
【実施例】
＜実施例１＞（参考発明の実施例）
図１に示した設備列（各スタンドが３個の孔型ロールを有する８スタンドの絞り圧延機11を具備）を用いて、JIS G 3452相当の配管用炭素鋼管を製造するに当たり、鋼帯１を固相接合製管法により外径27.2mm、肉厚2.3 mmの母管２とし、常温圧延（従来例）以外は誘導加熱コイル10により母管２を加熱し、直ちに、表１に示す種々の圧延温度域で、出側速度150 m/min としてタンデム圧延し、外径17.3mm、長さ1000ｍのコイル状の製品管３を得た。
【００３７】
【表１】
各スタンドの圧延荷重の合計値（常温圧延荷重に対する比）を図11に、製品管表面の焼き付き発生数を図12に、夫々グラフで示す。圧延温度域を125℃〜375℃とした参考例(A),(B) では、圧延荷重の合計値が常温圧延（従来例）より13％〜16％低減し、125℃未満または325℃超えとした比較例(1) 〜(5) のどれよりも低く、また、従来例と比較例とで発生した焼き付きも全く発生しなかった。
＜実施例２＞（参考発明の実施例）
図２に示した設備列（各スタンドが４個の孔型ロールを有する６スタンドの絞り圧延機11を具備）を用いて、JIS G 3452相当の配管用炭素鋼管を製造するに当たり、鋼帯１を溶接製管法により外径101.6 mm、肉厚4.2 mmの母管２とし、常温圧延（従来例）以外は誘導加熱コイル10により母管２を加熱し、直ちに、表２に示す種々の圧延温度域で、出側速度100 m/min としてタンデム圧延し、外径76.3mm、長さ5.5 ｍの定尺の製品管３を50本得た。
【００３９】
【表２】
各スタンドの圧延荷重の合計値（常温圧延荷重に対する比）を図13に、製品管表面の焼き付き発生数を図14に、夫々グラフで示す。圧延温度域を125℃〜375℃とした参考例(C),(D) では、圧延荷重の合計値が常温圧延（従来例）より11％〜14％低減し、125℃未満または325℃超えとした比較例(6) 〜(10)のどれよりも低く、また、従来例と比較例とで発生した焼き付きも全く発生しなかった。
【００４１】
実施例１、実施例２からわかるように、参考発明によれば、固相接合製管法、溶接製管法の如何を問わず、絞り圧延機11の使用スタンド数を増減させるだけで、低荷重の絞り圧延でかつ焼き付き起因の表面肌悪化を伴わずに、一種類の母管２から数種の外径の製品管３を得ることができ、小ロット多品種の鋼管を容易に製造できるようになる。
＜実施例３＞（第１の本発明に係る第２の本発明の実施例）
図１に示した設備列（各スタンドが３個の孔型ロールを有する８スタンドの絞り圧延機11を具備）を用いて、JIS G 3452相当の配管用炭素鋼管を製造するに当たり、鋼帯１を固相接合製管法により外径27.2mm、肉厚2.3 mmの母管２とし、母管２を以下の▲１▼、▲２▼の二通りの条件でタンデム圧延し、外径17.3mm、長さ1000ｍのコイル状の製品管３を得た。
▲１▼〔加熱温度変更〕誘導加熱コイル10により、加熱温度を300℃〜900℃の範囲で変化させて加熱後、直ちに、出側速度一定（150 m/min ）で圧延。
▲２▼〔出側温度変更〕誘導加熱コイル10により、加熱温度を一定（700℃）として加熱後、直ちに、絞り圧延機11出側温度が150℃〜500℃の範囲で変化するように圧延速度を変更して圧延。
【００４２】
図15は、条件▲１▼で得られた鋼管についての加熱温度と表面粗さＲmax との関係を示すグラフ、図16は、条件▲２▼で得られた鋼管についての最終スタンド圧延温度と伸び（Ｅｌ．）との関係を示すグラフである。絞り圧延後の製品管３の表面粗さＲmax は、母管２の加熱温度が第１の本発明の規定を満たす725℃以下では、10μｍ未満と良好であるが、725℃超えでは数10μｍに悪化する。また、絞り圧延後の製品管３の伸びは、圧延温度が第１の本発明の規定を満たす375℃以上では、33％以上と良好であるが、375℃に満たないと30％に達せず不良である。
＜実施例４＞（第１の本発明に係る第３の本発明の実施例）
図２に示した設備列（各スタンドが４個の孔型ロールを有する６スタンドの絞り圧延機11を具備）を用いて、JIS G 3452相当の配管用炭素鋼管を製造するに当たり、鋼帯１を溶接製管法により外径101.6 mm、肉厚4.2 mmの母管２とし、母管２を以下の▲３▼、▲４▼の二通りの条件でタンデム圧延し、外径76.3mm、長さ5.5 ｍの定尺の製品管３を各条件内同一水準につき50本得た。
▲３▼〔加熱温度変更〕誘導加熱コイル10により、加熱温度を400℃〜1000℃の範囲で変化させて加熱後、直ちに、出側速度一定（100 m/min ）で圧延。
▲４▼〔出側温度変更〕誘導加熱コイル10により、加熱温度を一定（650℃）として加熱後、直ちに、絞り圧延機11出側温度が200℃〜500℃の範囲で変化するように圧延速度を変更して圧延。
【００４３】
図17は、条件▲３▼で得られた鋼管についての加熱温度と表面粗さＲmax との関係を示すグラフ、図18は、条件▲４▼で得られた鋼管についての最終スタンド圧延温度と伸び（Ｅｌ．）との関係を示すグラフである。絞り圧延後の製品管３の表面粗さＲmax は、母管２の加熱温度が第１の本発明の規定を満たす725℃以下では、10μｍ未満と良好であるが、725℃超えでは数10μｍに悪化する。また、絞り圧延後の製品管３の伸びは、圧延温度が第１の本発明の規定を満たす375℃以上では、36％以上と良好であるが、375℃に満たないと30％に達せず不良である。
【００４４】
実施例３、実施例４からわかるように、第１の本発明によれば、固相接合製管法、溶接製管法の如何を問わず、絞り圧延機11の使用スタンド数を増減させるだけで、加工硬化を抑制できかつスケール噛込み起因の表面肌悪化を伴わずに、一種類の母管２から数種の外径の製品管３を得ることができ、小ロット多品種の鋼管を容易に製造できるようになる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、固相接合製管法あるいは溶接製管法で製造された鋼母管を、低荷重で、あるいは加工硬化を抑制して、表面性状を悪化させずに数水準の外径の製品管に絞り圧延できるから、小ロット多品種の鋼管の製造が容易となり、さらには寸法精度が高水準の製品管が得られるという格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第２の本発明を実施できる設備列の模式図である。
【図２】 第３の本発明を実施できる設備列の模式図である。
【図３】 従来の冷間での鋼管の絞り圧延方法を示す模式図である。
【図４】 従来の熱間での鋼管の絞り圧延方法を示す模式図である。
【図５】 母管加熱温度と製品管表面粗さＲmax との関係を示すグラフである。
【図６】 圧延荷重と表面疵（焼き付き）に及ぼす圧延温度の影響を示すグラフである。
【図７】 製品管の降伏点および伸びの圧延温度依存性を示すグラフである。
【図８】 母管の管周方向温度差と製品管の偏肉率との関係を示すグラフである。
【図９】 通常の絞り圧延温度制御に用いられる制御系の模式図である。
【図10】 第７の本発明の鋼管の絞り圧延設備の例を示す模式図である。
【図11】 実施例１での各スタンドの圧延荷重の合計値を示すグラフである。
【図12】 実施例１での製品管表面の焼き付き発生数を示すグラフである。
【図13】 実施例２での各スタンドの圧延荷重の合計値を示すグラフである。
【図14】 実施例２での製品管表面の焼き付き発生数を示すグラフである。
【図15】 実施例３での加熱温度と表面粗さＲmax との関係を示すグラフである。
【図16】 実施例３での最終スタンド圧延温度と伸びとの関係を示すグラフである。
【図17】 実施例４での加熱温度と表面粗さＲmax との関係を示すグラフである。
【図18】 実施例４での最終スタンド圧延温度と伸びとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 鋼帯
２ 母管
３ 製品管
４ アンコイラ
５ 走間接合装置
６ ルーパ
７ 素管成形機
８ 誘導加熱装置
９ スクイズスタンド
10 誘導加熱コイル
10Ａ 冷媒噴射ノズル
11 絞り圧延機
12 管矯正装置
13 切断機
14 冷却床
15 コイラ
16 温度計（絞り圧延機入側）
17 温度計（絞り圧延機出側）
18 温度計（絞り圧延機スタンド間）
21 鋼帯１の予熱炉
22 鋼帯１の加熱炉
23 再加熱炉
31 演算装置
32 入熱制御装置
33 流量制御装置
34 流調弁
35 冷媒源
41 入側均熱装置
42 スタンド間均熱装置
43 演算制御装置
Claims (8)
- 孔型ロールを有する複数スタンドの絞り圧延機を用いて鋼管を絞り圧延する鋼管の絞り圧延方法において、オープン管の両エッジ部を衝合接合して製管された絞り圧延前の鋼管を725℃以下に加熱し、375℃以上で絞り圧延することにより、絞り圧延後の鋼管の表面粗さＲ max を 10 μｍ未満とし、かつ伸びを 30 ％以上とすることを特徴とする鋼管の絞り圧延方法。
- 固相接合製管装置の出側に連続して絞り圧延機を配置した鋼管製造設備列を用いて鋼管に絞り圧延を施す請求項１記載の方法。
- 溶接製管装置の出側に連続して絞り圧延機を配置した鋼管製造設備列を用いて鋼管に絞り圧延を施す請求項１に記載の方法。
- 絞り圧延前の鋼管を管周方向温度差200℃以内に均熱する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
- 絞り圧延前の鋼管を管周方向温度差100℃以内に均熱する請求項４に記載の方法。
- 絞り圧延機の入側、出側、およびスタンド間で鋼管温度を測定し、該測定値に基づいて絞り圧延前および絞り圧延中の鋼管温度を制御する請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 固相接合製管装置または溶接製管装置、入側加熱装置、複数スタンドの絞り圧延機がこの順に連続配置され、絞り圧延機の入側、出側で鋼管の温度を測定する温度計と、これら温度計の測定値に基づき入側加熱装置を制御する演算制御装置とを備えた鋼管の絞り圧延設備において、入側加熱装置に代えて、加熱・冷却両用の入側均熱装置とし、さらに、絞り圧延機のスタンド間に温度計および加熱・冷却両用のスタンド間均熱装置を備え、演算制御装置がさらにスタンド間の温度計の測定値に基づき入側均熱装置とスタンド間均熱装置を制御することを特徴とする鋼管の絞り圧延設備。
- 入側およびスタンド間の均熱装置における加熱用手段が加熱炉または誘導コイル、冷却用手段が冷媒噴射ノズルである請求項７記載の設備。
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